Depuiscreusetest utilisé comme récipient et il y a une convection à l'intérieur, à mesure que la taille du monocristal généré augmente, la convection thermique et l'uniformité du gradient de température deviennent plus difficiles à contrôler. En ajoutant un champ magnétique pour que la masse fondue conductrice agisse sur la force de Lorentz, la convection peut être ralentie, voire éliminée, pour produire du silicium monocristallin de haute qualité.
Selon le type de champ magnétique, il peut être divisé en champ magnétique horizontal, champ magnétique vertical et champ magnétique CUSP :
Le champ magnétique vertical ne peut pas éliminer la convection principale pour des raisons structurelles et est rarement utilisé.
La direction de la composante du champ magnétique du champ magnétique horizontal est perpendiculaire à la convection thermique principale et à la convection forcée partielle de la paroi du creuset, ce qui peut efficacement inhiber le mouvement, maintenir la planéité de l'interface de croissance et réduire les rayures de croissance.
Le champ magnétique CUSP a un flux et un transfert de chaleur plus uniformes en raison de sa symétrie, de sorte que la recherche sur les champs magnétiques verticaux et CUSP va de pair.
En Chine, l'Université de technologie de Xi'an a réalisé plus tôt des expériences de production et d'extraction de cristaux de silicium monocristaux en utilisant des champs magnétiques. Ses principaux produits sont des types populaires de 6 à 8 pouces, destinés au marché des plaquettes de silicium pour les cellules solaires photovoltaïques. Dans les pays étrangers, comme KAYEX aux États-Unis et CGS en Allemagne, leurs principaux produits sont de 8 à 16 pouces, qui conviennent aux tiges de silicium monocristallin au niveau des circuits intégrés et des semi-conducteurs à très grande échelle. Ils ont le monopole dans le domaine des champs magnétiques pour la croissance de monocristaux de grand diamètre et de haute qualité et sont les plus représentatifs.
La distribution du champ magnétique dans la zone du creuset du système de croissance monocristalline est la partie la plus critique de l'aimant, y compris la force et l'uniformité du champ magnétique au bord du creuset, au centre du creuset et aux distance sous la surface du liquide. Le champ magnétique transversal global horizontal et uniforme, les lignes de force magnétiques sont perpendiculaires à l'axe de croissance cristalline. Selon l'effet magnétique et la loi d'Ampère, la bobine est la plus proche du bord du creuset et l'intensité du champ est la plus grande. À mesure que la distance augmente, la résistance magnétique de l'air augmente, l'intensité du champ diminue progressivement et elle est la plus petite au centre.
Le rôle du champ magnétique supraconducteur
Inhibition de la convection thermique : en l'absence de champ magnétique externe, le silicium fondu produira une convection naturelle pendant le chauffage, ce qui peut entraîner une répartition inégale des impuretés et la formation de défauts cristallins. Le champ magnétique externe peut supprimer cette convection, rendant la répartition de la température à l’intérieur de la masse fondue plus uniforme et réduisant la répartition inégale des impuretés.
Contrôler le taux de croissance des cristaux : Le champ magnétique peut affecter le taux et la direction de la croissance des cristaux. En contrôlant avec précision l'intensité et la répartition du champ magnétique, le processus de croissance cristalline peut être optimisé et l'intégrité et l'uniformité du cristal peuvent être améliorées. Au cours de la croissance du silicium monocristallin, l’oxygène pénètre dans la masse fondue de silicium principalement par le mouvement relatif de la masse fondue et du creuset. Le champ magnétique réduit le risque que l'oxygène entre en contact avec la masse fondue de silicium en réduisant la convection de la masse fondue, réduisant ainsi la dissolution de l'oxygène. Dans certains cas, le champ magnétique externe peut modifier les conditions thermodynamiques de la masse fondue, par exemple en modifiant la tension superficielle de la masse fondue, ce qui peut favoriser la volatilisation de l'oxygène, réduisant ainsi la teneur en oxygène de la masse fondue.
Réduire la dissolution de l'oxygène et d'autres impuretés : l'oxygène est l'une des impuretés courantes dans la croissance des cristaux de silicium, ce qui entraînera une détérioration de la qualité du cristal. Le champ magnétique peut réduire la teneur en oxygène dans la masse fondue, réduisant ainsi la dissolution de l'oxygène dans le cristal et améliorant la pureté du cristal.
Améliorer la structure interne du cristal : Le champ magnétique peut affecter la structure des défauts à l'intérieur du cristal, tels que les dislocations et les joints de grains. En réduisant le nombre de ces défauts et en affectant leur répartition, la qualité globale du cristal peut être améliorée.
Améliorer les propriétés électriques des cristaux : étant donné que les champs magnétiques ont un effet significatif sur la microstructure pendant la croissance des cristaux, ils peuvent améliorer les propriétés électriques des cristaux, telles que la résistivité et la durée de vie des porteurs, qui sont cruciales pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs hautes performances.
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Heure de publication : 24 juillet 2024